空间方位关系是GIS空间关系的重要内容之一,方位关系的确定涉及目标对象、参考对象和参考框架。城市坐标框架模型是城市空间位置确立和路径查找的重要参考,它涉及主方位以及城市的布局结构,本文通过地理空间认知实验,将常识性认知的理论和方法融入GIS的数据模型和组织中,将城市的主方位及城市布局结构结合起来表达城市坐标框架模型。 在中国,方格式道路网是最常见的一种路网布局,一般具有方格网式道路网的城市,其定性的空间参考框架可以抽象为简单的四方位,以城市中心为坐标原点,按正南正北设定城市的主方向。 在这种城市坐标参考框架模型中,通过自然语言来表达空间关系,把城市地标知识作为城市空间推理过程中关键的知识点及参考对象,从而进行定性的空间推理。 基于四方位城市坐标框架模型的特点,本文提出将空间索引中四叉树索引的方法运用到四方位坐标城市空间定位中。通过一定原则和方法,确定城市特定区域中的地标,并将其进行层次化。再根据当地居民认知习惯,提出基于地标的城市内部地理实体之间的方位关系的抽象与概括,形成具有针对性的用于城市内部定位导航的网方位城市空间参考框架。 本文首先介绍了四方位城市空间参考框架,包括层次化空间推理的基本概念,该空间参考框架的组成以及目标地物如何在参考框架中进行表达；接着在一定的原则和方法下,对特定实验区内选取的地标进行层次化。通过层次化的地标表达四方位城市中的空间实体和路径。然后是基于层次化地标的四方位城市空间关系的实验研究：先从地理空间认知的角度,利用认知心理实验对其认知合理性进行了检验；再实现基于四方位城市空间参考框架的路径表达系统。最后是对相关研究的结论与展望。